Химия и химические технологии / 1.Пластмассы, полимерные и синтетические материалы, каучуки, резино-технические изделия, шины и их производство.

К.х.н. Коньшин В.В., асп. Ермоленко В.Н., ст. Ефрюшин Д.Д.,

ст. Зонова В.Ю.

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, Россия

Адсорбция поливалентных ионов металлов сложными эфирами целлюлозы с алифатическими аминокислотами

Природные биополимеры растительного происхождения обладают рядом ценных свойств, благодаря которым они могут быть использованы в химической, медицинской, пищевой и других отраслях промышленности. В последнее время актуальной является задача разработки способов получения и оценки адсорбционных характеристик модифицированных природных материалов и дальнейшее их применение в химии (разделение и очистка веществ), экологии и медицине (в качестве материалов для гемо- и энтеросорбции) [1-4].

В качестве интересных объектов исследования могут выступать сложные эфиры целлюлозы (СЭЦ) с алифатическими аминокислотами. Аминокислоты являются биологически активными соединениями, что позволяет получить модифицированные природные полимеры с биологически активными центрами.

В ходе проведённых исследований нами синтезированы СЭЦ с алифатическими α,β,γ,ε – аминокислотами следующего состава [5]:

Для определения сорбционных свойств полученных СЭЦ использовались стандартные растворы поливалентных ионов следующих металлов: Fe²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺.

Изотермы адсорбции катионов металлов полимерными адсорбентами на основе СЭЦ были описаны уравнением Дубинина – Радушкевича для жидкой фазы. Данное уравнение применимо для описания процессов сорбции на энергетически неоднородных поверхностях [6].

где а – величина равновесной адсорбции, ммоль/г;

а₀ – величина предельной адсорбции, ммоль/г;

R – универсальная газовая постоянная 8,31 Дж/(моль∙К);

Т – температура, К;

Е_ef – эффективная энергия адсорбции катионов металлов, кДж/моль;

С – концентрация стандартного раствора, мг/мл;

С_р – равновесная концентрация, мг/мл.

В таблице 1 приведены результаты определения величин a₀ и E_ef, полученные для сложного эфира целлюлозы с норвалином.

Таблица 1 - Предельная сорбционная емкость и эффективная энергия адсорбции для СЭЦ с норвалином

Предельная сорбционная емкость, а0, моль/г×10^5			Эффективная энергия адсорбции, Eef, кДж/моль
Ионы металлов
Fe^2+	Сu^2+	Pb^2+	Fe^2+	Сu^2+	Pb^2+
12,4	302,0	2,78	1,304	1,345	4,061

Исследования показали, что при примерно равном ионном радиусе ионов Сu²⁺ , Fe²⁺ , предельная сорбционная емкость по Сu²⁺ значительно выше, что объясняется склонностью ионов Сu²⁺ к комплексообразованию, в отличие от ионов Fe²⁺. При этом адсорбция Сu²⁺ осуществляется не только за счет взаимодействия с аминогруппами, но и возможно со сложноэфирными. Несмотря на высокую эффективную энергию адсорбции для ионов Pb²⁺, низкая предельная сорбционная емкость этих ионов обусловлена стерическими факторами, связанными со строением сложноэфирной группы.

В таблице 2 приведены результаты исследования адсорбции ионов Pb²⁺ различными СЭЦ.

Таблица 2 - Предельная сорбционная емкость и эффективная энергия адсорбции ионов Pb²⁺ для СЭЦ с алифатическими аминокислотами

СЭЦ	Предельная сорбционная емкость, а0, моль/г×10^6	Эффективная энергия адсорбции, Еef, кДж/моль
аминоацетат	7,08	5,170
β-аминопропионат	6,97	3,684
γ-аминобутират	5,99	1,834
ε-аминокапронат	5,83	2,145

Как свидетельствуют представленные данные, адсорбционная способность СЭЦ с удалением комплексообразующей аминогруппы от сложноэфирной уменьшается. Так, например, СЭЦ с ε-аминокапроновой кислотой обладает минимальной предельной сорбционной емкостью. При этом наблюдается некоторое увеличение эффективной энергии адсорбции, обусловленное разрушением надмолекулярной волокнистой структуры целлюлозы в процессе синтеза ε-аминокапроната целлюлозы.

По значению предельной сорбционной ёмкости СЭЦ с алифатическими аминокислотами не уступают адсорбентам на основе растительного сырья [6].

Таким образом, проведенные исследования показали, что сложные эфиры целлюлозы с алифатическими аминокислотами могут быть использованы в качестве адсорбентов ионов Fe²⁺, Сu²⁺, Pb²⁺.

Литература:

1. Браварова О.В. Получение и исследование свойств сорбционных материалов на основе растительных биополимеров. Диссертация канд. хим. наук, Архангельск, 2006.

2. Веприкова Е.В., Щипко М.Л., Чунарев Е.Н. Свойства порошкообразных и таблетированных препаратов на основе энтеросорбента из луба коры березы // Химия растительного сырья. 2010. №2. С. 31–36.

3. Никифорова Т.Е., Багровская Н.А. и др. Сорбционные свойства и природа взаимодействия целлюлозосодержащих полимеров с ионами металлов // Химия растительного сырья. 2009. №1. С. 5–14.

4. Edgar, Kevin J. Cellulose esters in drug delivery / Эфиры целлюлозы в доставке лекарств / Edgar Kevin J. — Eastman Chemical Company, USA // Cellulose. 2007. № 1 .С. 49-64.

5. Пат. № 2282635 Российская Федерация. Способ получения сложного эфира целлюлозы с аминоуксусной кислотой / Ермоленко В.Н., Беушев А.А., Коньшин В.В., Чемерис М.М. Опубликовано: 27.08.2006. Бюл. № 24.

6. Соловцова О.В. Влияние структуры полимеров на основе хитозана и целлюлозы на их адсорбционные свойства. Диссертация канд. хим. наук, Москва, 2009.